近日，国际权威学术期刊《自然》子刊《Scientific Reports》发表了新奥聚变研发团队在等离子体物理领域的重要研究成果——《借助硼粉注入实现磁约束装置的主动光学边界识别》。
精准识别等离子体边界尤其是最外闭合磁面，是保障托卡马克装置平衡重建、约束优化和主动控制的核心环节。随着国际热核聚变实验堆（ITER）、演示核聚变反应堆（DEMO）等装置向长脉冲、高功率运行迈进，对边界诊断技术的实时性、高精度和模型无关性提出了严苛要求。传统基于磁测量诊断的最外闭合磁面（LCFS）识别方法，由于积分器带来的漂移问题，无法满足未来聚变堆长脉冲的需求。基于可见光相机的等离子体光学边界识别方法，没有积分器漂移问题，且物理模型简单，可以适用于未来长脉冲放电，但该方法存在边界不清晰、图像计算量大的明显局限。新奥聚变研发团队基于光学边界识别方法，创新性地提出了一种基于硼粉注入的主动光学边界识别技术，并成功在“玄龙-50U”装置上进行了验证，为磁约束核聚变装置的等离子体边界诊断与控制提供了全新解决方案。

基于该方法，将硼粉沿特定轨迹注入“玄龙-50U”装置，硼颗粒在等离子体边界发生烧蚀时，会在可见光波段发射出强烈的局部硼特征谱线，成为标记最外闭合磁面的清晰实时信号。研究团队通过精准的相机几何标定，结合硼滤光片的对比度增强技术，让该方法兼具高空间精度和快速响应特性，且硬件复杂度低。研究团队还搭建了专用的硼粉注入诊断系统，并通过实验证实了该方法的有效性，且当注入速率低于 3mg/s 时，对核心等离子体参数无明显扰动，实现诊断与等离子体运行兼容。

该研究成果摆脱了对平衡重建模型的依赖，通过几何重构直接确定最外闭合磁面位置，同时计算量小、可实时分析，适合集成到长脉冲放电的实时边界控制系统中，为等离子体边界诊断提供了新范式，其主动标记思路还可拓展至先进等离子体控制领域，为长脉冲、反应堆级核聚变装置稳定运行提供关键技术支撑。